Claims (2)
Известно также техническое решение дл получени тангенциально-клиновидной поверхности в УПК торцового уплотнени , использующее термическое расширение антифрикционных колец. Дл создани танген циально-клиновидной поверхности в УПК используютс радиальные отверсти , выполненные во вращающемс антифрикционном кольце близко к поверхности трени . При вращении через радиальные отверсти антифрикционного кольца, благодар насосному эффекту, начинает циркулировать уплотн ема жидкость, вследствие чего участки антифрикционного кольца, наход щиес между рабочей поверхностью и отверсти ми, охлаждаютс сильнее, чем прилегающие к ним. Вследствие термической деформации, это вызывает на рабочей поверхности по вление впадин, расположенных против радиальных отверстий. Указанные впадины образуют несущую многоклиновую гидродинамическую поверхность в УПК 2. Однако достаточный дл образовани термических клиньев нагрев антифрикционных элементов возможен при условии, что уплотн ема среда обладает низкой теплопроводностью и теплоемкостью, например минеральное масло, газообразные вещества. Если же уплотн емые среды обладают высокой теплопроводностью и теплоемкостью, а также криогенные, то образование гидродинамических клиньев может не произойти вследствие недостаточного нагрева антифриК ционных элементов. Кроме того, температура антифрикционных колец зависит от больщого числа факторов, некоторые из которых могут мен тьс во врем работы, например коэффициента трени материалов антифрикционных колец, температуры уплотн емой жидкости , расхода охлаждающей жидкости через холодильники и т. д., т. е. температура антифрикционных колец нестабильна. Поскольку высота гидродинамических клиньев вл етс функцией от температуры антифрикционных колец, то следовательно, рабочие характеристики уплотнений с термическими гидродинамическими клинь ми в УПК будут также недостаточно стабильными, особенно при высоком давлении. Цель изобретени - стабилизаци рабочих характеристик уплотнени в услови х переменных температур и высоких давлений. Поставленна цель достигаетс тем, что в торцовом уплотнении вращающегос вала, содержащем неподвижный и вращающийс уплотнительные элементы, по крайней мере, один из которых состоит из антифрикционного и опорного колец, сжатых между собой по торцам гидравлическим давлением уплотн емой среды, причем стык между взаимодействующими торцами упом нутых колец уплотнен, на торцах антифрикционного и опорного колец выполнены контактные площадки , образующие тангенциально-прерывистые поверхности. На фиг. 1 показано уплотнение, осевой разрез; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - вид Б на фиг. 1; на фиг. 4 - схема действи осевых гидравлических сил Р, сжимающих опорное и антифрикционные кольца; на фиг. 5 - в увеличенном масщтабе деформаци антифрикционного кольца под действием сил Р; на фиг. 6 - один из вариантов выполнени уплотнени . Через корпус 1, в котором в полости В находитс уплотн ема среда под давлением Р, проходит вращающийс вал 2. На валу установлен вращающийс уплотнительный элемент 3. Невращающийс уплотнительный элемент, состо щий из антифрикционного 4 и опорного 5 колец, выполнен аксиально подвижным и соединен с корпусом 1 через вторичное уплотнение 6, установленное во втулке 7. Предварительное сжатие подвижного уплотн ющего стыка осуществл етс цружинами 8. Стык между взаимодействующими торцами колец 4 и 5 уплотнен вспомогательным уплотнением 9 (фиг. 1), в другом варианте выполнени (фиг. 6) в качестве вторичных уплотнений имеютс кольца 10. Кольца 4 и 5 контактируют между собой по тангенциально-прерывистым площадкам 11. Площадки 11 образованы выполнением ребер на торце кольца 5. Однако подобные ребра могут быть выполнены и на торце кольца 4. Площадки 11 могут быть получены различными способами: механической обработкой, гальваническим осаждением, химическим травлением, соединением колец 4 и 5 через промежуточные детали и т. д. При работе антифрикционное и опорное кольца 4 и 5 сжаты между собой давлением Р уплотн емой среды (фиг. 4). Благодар тому, что стык между взаимодействующими торцами колец 4 и 5 уплотнен, противодавление уплотн емой среды на указанных торцах отсутствует и усилие сжати может достигать значительных величин. Так как антифрикционное 4 и опорное 5 кольца контактируют между собой только по тангенциально-прерывистым площадкам 11 под действием давлени Р деформируютс (см. фиг. 5) и в целом поверхность антифрикционного кольца, образующа УПЛОТНЯЮЩИЙ подвижный (контакт, принимает волнообразный характер с образованием полостей 12 между поверхност ми колец 3 и 4. Участки поверхности кольца 4, охватывающие полости 12, образуют гидродинамические клинь . Поскольку контактирующие торцы колец 4 и 5 при обработке имеют форму и могут быть обработаны с высокой степенью точности , например притиркой, то высота h всех гидродинамических клиньев на рабочей поверхности кольца 5 будет одинакова. Величина h зависит при одном и том же давлении уплотн емой среды от размеров поперечного сечени кольца 5, модул упругости его материала и рассто ни между площадками 11, которые могут быть выполнены с необходимой степенью точности, одинаковыми дл любого количества уплотнений с идентичными характеристиками. Работает уплотнение следующим образом. При подаче давлени в уплотнение рабоча поверхность кольца 5 принимает волнообразный характер с образованием гидродинамических клиньев, раздел ет поверхности колец 4 и 5 с образованием гарантированного зазора между ними. Наличие гарантированного зазора в уплотн ющем подвижном контакте обеспечивает жидкостный режим трени , что обуславливает надежную и долговечную работу уплотнени . Поскольку геометрические размеры поперечного сечени кольца 4, рассто ние между площадками 11 и модуль упругости материала кольца 5, от которых зависит величина h не завис т от параметров работы уплотнени , а давление уплотн емой среды, от которого также зависит величина h, в большинстве гидравлических машин с уплотнением вала также посто нно, то характеристики уплотнени будут стабильными. Высота h гидродинамических клиньев должна лежать в пределах 5-20 мк. Поэтому при конкретном конструктивном воплощении данного технического решени нет необходимости делать высоту S площадок 11 больше 30-40 мк. Площадки с указанной высотой могут быть выполнены путем химического травлени , электроэрозии или гальванопластики. При высоте площадок 30-40 мк можно (фиг. 1) устанавливать вспомогательное уплотнение 9 непосредственно на стыке торцов колец 4 и 5, поскольку давление уплотн емой среды в пределах 200 кг/см не может выдавить резиновое кольцо в зазор 30-40 мк. В другом варианте выполнени (фиг. 6) уплотнительные кольца 10 расположены в обойме 13. Однако указанные технологические приемы выполнени площадок 11 дл некоторых производств могут оказатьс сложными. В этом случае площадки 11 могут быть выполнены механическим способом, например фрезерованием , щлифованием и т. д. При этом высота (фиг. 2) будет составл ть несколько дес тых долей миллиметра и выше, поскольку выполнить механически размер 0,030 ,04 мм сложно, так как эта величина лежит в пределах допусков, с которыми работает механическое оборудование общепромышленного применени . В зазор (S), величина которого составл ет несколько дес тых долей миллиметра и выше,высокое давление уплотн емой среды уже в состо нии выдавить резиновое уплотнительное кольцо 9 (фиг. 1). Дл того, чтобы избежать указанного выдавливани , можно использовать установку защитной обоймы, уплотненной относительно элементов 4 и 5 эластичными кольцами, установленными по кра м антифрикционного и опорного колец. Формула изобретени Торцовое уплотнение вращающегос вала , по крайней мере, один из уплотнительных элементов которого состоит из антифрикционного и опорного колец, сжатых между собой по торцам давлением уплотн емой среды, причем стык между взаимодействующими торцами упом нутых колец уплотнен, отличающеес тем, что, с целью стабилизации рабочих характеристик уплотнени , на торцах антифрикционного и опорного колец выполнены контактные площадки , образующие таигенциально-прерывистые поверхности. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3408085, кл. 277-72, опублик. 1966. It is also known a technical solution for obtaining a tangential-wedge-shaped surface in the UPC of the mechanical seal using thermal expansion of the anti-friction rings. In order to create a tangential-wedge-shaped surface in the CCP, radial holes are used, made in a rotating anti-friction ring close to the friction surface. When rotating through the radial openings of the antifriction ring, due to the pumping effect, the compacted liquid begins to circulate, as a result of which the areas of the antifriction ring between the working surface and the openings are cooled more than adjacent ones. Due to thermal deformation, this causes the appearance of depressions located opposite the radial holes on the working surface. These depressions form a bearing multi-wedge hydrodynamic surface in the UPC 2. However, sufficient for the formation of thermal wedges, the heating of antifriction elements is possible provided that the sealing medium has low thermal conductivity and heat capacity, for example, mineral oil, gaseous substances. If densified media have high thermal conductivity and heat capacity, as well as cryogenic ones, then the formation of hydrodynamic wedges may not occur due to insufficient heating of the antifriction elements. In addition, the temperature of the anti-friction rings depends on a large number of factors, some of which may vary during operation, such as the coefficient of friction of the materials of the anti-friction rings, the temperature of the fluid being condensed, the coolant flow through refrigerators, etc., i.e. anti-friction rings are unstable. Since the height of the hydrodynamic wedges is a function of the temperature of the anti-friction rings, therefore, the performance of seals with thermal hydrodynamic wedges in the CPC will also not be stable enough, especially at high pressures. The purpose of the invention is to stabilize the sealing performance under conditions of variable temperatures and high pressures. The goal is achieved in that in the mechanical seal of a rotating shaft containing fixed and rotating sealing elements, at least one of which consists of anti-friction and support rings compressed between the ends by the hydraulic pressure of the medium to be sealed. sealed rings are sealed, at the ends of the antifriction and support rings are made contact pads, forming a tangentially discontinuous surface. FIG. 1 shows the seal, axial section; in fig. 2 is a view A of FIG. one; in fig. 3 is a view B in FIG. one; in fig. 4 is a diagram of the action of axial hydraulic forces P compressing support and anti-friction rings; in fig. 5 - on an increased scale, the deformation of the anti-friction ring under the action of forces P; in fig. 6 is one embodiment of the seal. A rotating shaft 2 passes through the housing 1 in which the sealing medium under pressure P passes in the cavity B. A rotating sealing element 3 is mounted on the shaft. The non-rotating sealing element consisting of antifriction 4 and support 5 rings is axially movable and connected to the housing 1 through the secondary seal 6 installed in the sleeve 7. The preliminary compression of the movable sealing joint is carried out by springs 8. The joint between the interacting ends of the rings 4 and 5 is sealed by an auxiliary seal 9 (Fig. 1), Another embodiment (Fig. 6) has rings 10 as secondary seals. Rings 4 and 5 are in contact with each other along tangentially intermittent pads 11. Platforms 11 are formed by making ribs on the ring 5 face. However, these ribs can also be made on the ring end 4. Platforms 11 can be obtained in various ways: by machining, electroplating, chemical etching, joining rings 4 and 5 through intermediate parts, etc. During operation, the anti-friction and support rings 4 and 5 are compressed between each other. Niemi P the sealing medium (FIG. four). Due to the fact that the joint between the interacting ends of the rings 4 and 5 is sealed, the counterpressure of the medium to be compacted on these ends is absent and the compressive force can reach significant values. Since the antifriction 4 and the support 5 rings are in contact with each other only through tangentially intermittent pads 11 under the action of pressure P, they deform (see Fig. 5) and, in general, the surface of the antifriction ring that forms a movable (contact, takes a wave-like character with the formation of cavities 12 between the surfaces of the rings 3 and 4. The surface areas of the ring 4, covering the cavities 12, form a hydrodynamic wedge. Since the contacting ends of the rings 4 and 5 are shaped and can be processed with high the heat of accuracy, for example by lapping, the height h of all hydrodynamic wedges on the working surface of ring 5 will be the same, h at the same pressure of the medium to be compressed on the dimensions of the cross section of ring 5, the elastic modulus of its material and the distance between the pads 11, which can be performed with the required degree of accuracy, the same for any number of seals with identical characteristics. The seal works as follows. When pressure is applied to the seal, the working surface of the ring 5 takes a wave-like character with the formation of hydrodynamic wedges, separates the surfaces of the rings 4 and 5 with the formation of a guaranteed gap between them. The presence of a guaranteed gap in the sealing movable contact provides liquid friction mode, which ensures reliable and durable sealing performance. Since the geometrical dimensions of the cross section of the ring 4, the distance between the pads 11 and the modulus of elasticity of the material of the ring 5, on which h depends, does not depend on the parameters of the compaction, and the pressure of the densified medium, on which h also depends, in most hydraulic machines Since the shaft seal is also constant, then the seal characteristics will be stable. The height h of the hydrodynamic wedges should lie in the range of 5–20 microns. Therefore, with a specific constructive embodiment of this technical solution, there is no need to make the height S of the pads 11 greater than 30-40 microns Sites with the specified height can be performed by chemical etching, EDM or electroforming. With a height of 30-40 microns, it is possible (Fig. 1) to install an auxiliary seal 9 directly at the junction of the ends of the rings 4 and 5, since the pressure of the densified medium within 200 kg / cm cannot squeeze the rubber ring into the gap of 30-40 microns. In another embodiment (Fig. 6), the sealing rings 10 are located in the casing 13. However, the indicated technological methods of making the platforms 11 for some productions can be complicated. In this case, the pads 11 can be made mechanically, for example by milling, grinding, etc. The height (Fig. 2) will be a few tenths of a millimeter or more, since it is difficult to mechanically measure 0.030.04 mm. how this value lies within the tolerances with which the mechanical equipment of general industrial use operates. In the gap (S), the size of which is several tenths of a millimeter and above, the high pressure of the sealable medium is already able to squeeze out the rubber sealing ring 9 (Fig. 1). In order to avoid this extrusion, the installation of a protective cage sealed relative to the elements 4 and 5 by elastic rings installed along the edges of the anti-friction and support rings can be used. The invention The mechanical seal of the rotating shaft, at least one of the sealing elements of which consists of anti-friction and support rings, compressed between each other by pressure ends of the sealing medium, and the joint between the interacting ends of said rings is sealed, characterized in stabilization of the performance characteristics of the seal; at the ends of the antifriction and support rings, contact pads are formed, which form taiga-intermittent surfaces. Sources of information taken into account in the examination 1. US Patent No. 3408085, cl. 277-72, published. 1966.
2.Патент США № 3147013, кл. 277-67, опублик. 1962.2. US patent number 3147013, cl. 277-67, published. 1962.
Вид А {развернуто)View A {deployed)
BuS БBuS B
Фиг. 2FIG. 2